Upload
donhi
View
255
Download
7
Embed Size (px)
Citation preview
Osnove farmakokinetike
prof. dr. Lovro Stanovnik
Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani
Farmakologija
• Vedo o delovanju zdravilih in drugih snovi v telesu.
• Farmakodinamika – učinkovanje zdravila na telo
• Farmakokinetika – delovanje telesa na zdravilo
Osnovna farmakokinetska dogajanja (ADME)
• Absorpcija zdravila z mesta aplikacije
• Porazdelitev po telesu (distribucija)
• Metabolizem (biotransformacija)
• Izločanje iz organizma (ekskrecija, eliminacija)
Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani
Faktorja, ki vplivata na koncentracijo zdravila na mestu delovanja
Organizem sestavljen iz več predelkov (kompartmentov) – enakomerna porazdelitev zdravila – enaka koncentracija
oPrehajanje molekul zdravila med kompartmenti
oPrehod na mesto delovanja.
Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani
Bariere med kompartmenti • Med znotrajcelično in zunajcelično tekočino –
celična membrana
• Epitelne bariere (črevo, ledvice) – dve celični membrani
• Endotel žil – razlike med organi
• Bariera med krvjo in možgani • endotel žil – drugačen
• druge celice (periciti, celice glije)
Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani
Prehajanje zdravil v organizmu • Prenašanje s topilom (pretok krvi) –
pomembno pri časovnem poteku razporeditve zdravil.
• Difuzija (posamezne molekule, kratke razdalje) – pomembna pri prehajanju zdravil preko ovir (barier), ki ločujejo telesne kompartmente
• Prenašanje s transportnimi sistemi (prenašalci)
Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani
Prehajanje zdravil preko celičnih membran
• Direktna difuzija skozi plasti lipidov.
• Difuzija skozi vodne pore – posebni transmembranski proteini ('akvaporini‘).
• Vezava na transmembranski prenašalni protein – sprememba konformacije – sprostitev na drugi strani membrane.
• Pinocitoza.
Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani
Figure 7-1 Routes by which solutes can traverse cell membranes. (Molecules can also cross cellular barriers by pinocytosis.)
Downloaded from: StudentConsult (on 26 February 2010 07:43 PM)
© 2005 Elsevier
Prehajanje zdravil preko lipidnih membran
• Topnost v lipidih
• Narava zdravila (šibke baze ali kisline)
• Stopnja disociacije – odvisna od kislosti (pH) okolja (opisuje jo vrednost pKa )
• Nedisociirana molekula bolj topna v lipidih
Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani
Figure 7-2 The importance of lipid solubility in membrane permeation. Figure shows the concentration profile in a lipid membrane separating two aqueous compartments. A lipid-soluble drug (A) is subject to a
much larger transmembrane concentration gradient (ΔCm) than a lipid-insoluble drug (B). It therefore diffuses more rapidly, even though the aqueous concentration gradient (C1-C2) is the same in both cases.
Downloaded from: StudentConsult (on 26 February 2010 07:43 PM)
© 2005 Elsevier
Figure 7-3 Theoretical partition of a weak acid (aspirin) and a weak
base (pethidine) between aqueous compartments (urine, plasma and gastric juice) according to the pH
difference between them. Numbers represent relative concentrations (total plasma
concentration = 100). It is assumed that the uncharged species in each
case can permeate the cellular barrier separating the
compartments, and therefore reaches the same concentration in
all three. Variations in the fractional ionisation as a function of pH give rise to the large total concentration differences with
respect to plasma.
IONIC TRAPPING
Downloaded from: StudentConsult (on 26 February 2010 07:43 PM)
© 2005 Elsevier
Figure 7-4 pKa values for some acidic and basic drugs.
Downloaded from: StudentConsult (on 26 February 2010 07:43 PM)
© 2005 Elsevier
Osnovna farmakokinetska dogajanja (ADME)
• Absorpcija zdravila z mesta aplikacije
• Porazdelitev po telesu (distribucija)
• Metabolizem (biotransformacija)
• Izločanje iz organizma (ekskrecija, eliminacija)
Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani
Absorpcija zdravil Mesta aplikacije
• Peroralna • Sublingvalna • Rektalna • Aplikacija na druge epitelne površine (koža,
kornea, vagina in nazalna mukoza) • Inhalacija • Injekcija (parenteralna aplikacija):
– Subkutana – Intramuskularna – Intravenska – Intratekalna.
Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani
Značilnosti posameznih delov prebavil
• Usta – venska kri mimo jeter – hitra pasaža
• Želodec – nizek pH (1 – 3), možnost razpada zdravila (pH, encimi), hitra pasaža
• Duodenum, jejunum, ileum – pH med 6 in 7, velika absorptivna površina (villi), glavno mesto enteralne absorpcije zdravil
• Rektum – venska kri mimo portalnega obtoka
Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani
Figure 7-7 Absorption of drugs from the
intestine, as a function of pKa, for acids and bases. Weak acids and bases are well
absorbed; strong acids and bases are poorly absorbed. (Redrawn from Schanker L S et al. 1957 J Pharmacol
120: 528.)
Downloaded from: StudentConsult (on 2 March 2010 07:48 PM) © 2005 Elsevier
Biološka uporabnost zdravil (bioavailability, F)
Delež zdr., ki pride iz prebavil v sistemsko cirkulacijo
AUC
Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 5 10 15 20
Konc. zdravila v plazmi
konc. i.v.
konc. p.o.
Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani
Čas
Kon
cent
raci
ja
Površina pod krivuljo - AUC
Biološka uporabnost zdravila Faktor absorpcije zdravila
Biološko uporabnost omejuje:
• Nepopolna absorpcija z mesta aplikacije (večinoma peroralna)
• Metabolizem v črevesni steni oz. v jetrih pred prihodom v sistemsko cirkulacijo (metabolizem prvega prehoda)
Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani
. .
. .
p o
i v
AUCF
AUC=
Drugi načini aplikacije zdravil • APLIKACIJA NA EPITELNE POVRŠINE
– Kutana aplikacija
– Nazalni sprayi
– Očesne kapljice
– Inhalacija
• ADMINISTRACIJA Z INJICIRANJEM – Metode za zakasnitev absorpcije
– Intratekalno injiciranje
Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani
Inhalacija – respiratorni sistem Učinkovito absorbtivno področje
• Sistemsko delovanje (inhalacijski anestetiki)
• Lokalno delovanje: – na gladko muskulaturo bronhijev – na konsistenco bronhialne sluzi – pomembna velikost delcev – mesto
odlaganja
– možnost sistemskih učinkov.
Vpliv na porazdelitev zdravil
• Vezava na plazemske beljakovine
• Porazdelitev v maščevju in drugih tkivih
Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani
Figure 7-9 The main body fluid compartments, expressed as a percentage of body weight. Drug molecules exist in bound or free form in each compartment, but only the free drug is
able to move between the compartments.
Downloaded from: StudentConsult (on 26 February 2010 07:44 PM)
Odvisnost volumnov posameznih kompartmentov
• starost: stari – ↓volumen tekočin, novorojenček – ↑ volumen
• spol (m > f)
• fiziološka stanja: (nosečnost – ↑ vode v telesu, debelost – ↓ vode)
Volumen porazdelitve
• Volumen, v katerem bi se enakomerno porazdelilo zdravilo, če bi imelo povsod tako koncentracijo, kot jo ima v plazmi
• Navidezen volumen
Q – količina zdravila v telesu
Cpl – koncentracija v plazmi Dpl
QVC
=
VD je odvisen od:
• pKa zdravila
• Porazdelitvenega koeficienta
• Vezave na plazemske beljakovine – posebno pomembna, če VD < 10 L (0,15
L/kg) (interakcije!)
• Razlike v regionalnem pretoku krvi
• Vezave v tkivih
Biotransformacija zdravil • Živali – kompleksni sistemi za odstranjevanje
telesu tujih snovi (ksenobiotiki) – strupene rastline
• Zdravila – poseben primer ksenobiotikov
• Distribucija – lipofilne snovi – kopičenje v tkivih
• Hidrofilne snovi se laže in hitreje izločajo.
• Biotransformacija zdravil – 2 fazi: I in II (običajno si sledita).
Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani
Rezultati biotransformacije • Nastanek neaktivnega metabolita (nepolarna snov ⇒ polarna snov) • Iz zdravila nastane aktiven metabolit – primeri:
Neaktivna oblika (predzdravilo)
Aktivno zdravilo
Aktivni metabolit Toksični metabolit
Azathioprine Merkaptopurin
Kortizon Hidrokortizon
Prednizon Prednizolon
Enalapril Enalaprilat
Zidovudin Zidovudin trisfosfat
Ciklofosfamid Fosforamidni derivat akrolein
Diazepam
Nordiazepam Oxazepam
Morfin Morfine 6-glukuronid
Halotan Trifluoroocetna k.
Paracetamol N-Acetil-p-benzokvinonimin
Fazi biotransformacije • Reakcije I faze so katabolne (npr. oksidacija,
redukcija ali hidroliza) – produkti često kemično bolj reaktivni (lahko tudi bolj toksični)
• Reakcije II faze so sintetske (anabolne) – konjugacija → manj aktivni produkti (praviloma).
• I faza poveča reaktivnost molekule – priprava na konjugacijo.
• Obe fazi povečata hidrofilnost molekule.
• Mesta biotransformacije – jetra (gladki ER – mikrosomi), GIT (MAO), plazma (holinesteraza), pljuča
Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani
The fraction of clinically used drugs metabolized by the major phase 1 and phase 2 enzymes. The relative size of each pie section represents the estimated percentage of drugs metabolized by the major phase 1 (panel A) and phase 2 (panel B) enzymes, based on studies in the literature. In some cases, more than a single enzyme is responsible for metabolism of a single drug. CYP, cytochrome P450; DPYD, dihydropyrimidine dehydrogenase; GST, glutathione-S-transferase; NAT, N-acetyltransferase; SULT, sulfotransferase, TPMT, thiopurine methyltransferase; UGT, UDP-glucuronosyltransferase.
Faktorji, ki vplivajo na metabolizem zdravil
• Inhibicija metabolnih encimov (nekatera zdravila, sok grenivke sprememba učinkov antihipertenzivov, imunosupresivov, antidepresivov, antihistaminikov, statinov. Naringin in furanokumarini – inhib. CYP3A4).
• Genski polimorfizem – individualne razlike (NAT)
• Indukcija encimov (CYP): – Avtoindukcija – Heteroindukcija
Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani
Metabolizem 1. prehoda
• Intenzivna razgradnja ob prvem prehodu skozi jetra
• Manjša biološka uporabnost zdravila
• Manjše koncentracije zdravila v plazmi
• Primeri: Aspirin Metoprolol
Gliceril trinitrat Morfin
Izosorbid dinitrat Propranolol
Levodopa Salbutamol
Lidokain Verapamil
Poti eliminacije zdravil
• Ledvice urin: predvsem hidrofilne snovi
• Jetra žolč (hepatobiliarni sistem)
• Pljuča izdihan zrak: lahko hlapne snovi (splošni anestetiki)
• Druge poti: – mleko
– slina
– znoj
Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani
Izločanje skozi ledvice
• Večina zdravil prehaja glomerulni filter (nevezani del).
• Šibke kisline in šibke baze – aktivna sekrecija v proksimalnem tubulu hitrejša ekskrecija.
• Liposolubilna zdravila – pasivna reabsorpcija z difuzijo preko stene tubula slaba eliminacija.
• Porazdelitev odvisna od pH šibke kisline: hitrejše izločanje v alkalnem urinu in vice versa.
• Številna zdravila: eliminacija v glavnem z renalno ekskrecijo ↑ toksičnost pri starejših, pri prizadetosti ledvic.
Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani
Examples of drugs that are excreted largely unchanged in the urine
Percentage Drugs excreted
100-75 Furosemide (frusemide), gentamicin, methotrexate, atenolol, digoxin
75-50 Benzylpenicillin, cimetidine, oxytetracycline, neostigmine
~50 Propantheline, tubocurarine
Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani
Important drugs and related substances actively secreted into the proximal renal tubule
Acids Bases
p-Aminohippuric acid Amiloride
Furosemide (frusemide) Dopamine
Glucuronic acid conjugates Histamine
Glycine conjugates Mepacrine
Indometacin Morphine
Methotrexate Pethidine
Penicillin Quaternary ammonium probenecid compounds
Sulfate conjugates Quinine
Thiazide diuretics 5-Hydroxytryptamine (serotonin)
Uric acid Triamterene
Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani
=
pl
hitrost ekstrakcijeClc
×= u u
renpl
C QCl
CQ: pretok
Enote: ml/min
Inulin: ~ 120 ml/min Kreatinin: ~ 125 ml/min Pri odraslem – mera za GFR
Novorojenčki: hitrost glomerulne filtracije je zmanjšana!
Renalni klirens (izčistek) zdravila, Cl
Hitrosti farmakokinetskih procesov
• Kinetika prvega reda (linearna kinetika): hitrost upadanja koncentracije zdravila v plazmi premo sorazmerna s koncentracijo
• Kinetika ničelnega reda: hitrost upadanja neodvisna od koncentracije
Figure 10.3 Predicted behaviour of single-compartment model
following intravenous drug administration at time 0. Drugs a
and b differ only in their elimination rate constant, kel. Curve b' shows the plasma
concentration time course for a smaller dose of b. Note that the
half-life (t1/2) (indicated by broken lines) does not depend
on the dose. [A] Linear concentration scale. [B]
Logarithmic concentration scale.
Downloaded from: StudentConsult (on 28 July 2011 11:22 AM) © 2005 Elsevier
t1/2
• Čas, v katerem pade koncentracija zdravila v plazmi na polovico.
• Navadno traja 3 – 5 t1/2, da pade količina zdravila pod mejo, ki lahko povzroča učinke
Figure 10.5 The effect of slow drug absorption on plasma drug concentration. [A] Predicted behaviour of single-compartment model with drug absorbed at different rates from the gut or an injection site. The elimination half-
time is 6 h. The absorption half-times (t1/2 abs) are marked on the diagram. (Zero indicates instantaneous absorption, corresponding to intravenous administration.) Note that the peak plasma concentration is reduced and
delayed by slow absorption, and the duration of action is somewhat increased. [B] Measurements of plasma aminophylline concentration in humans following equal oral and intravenous doses. (Data from Swintowsky J V
1956 J Am Pharm Assoc 49: 395.) Downloaded from: StudentConsult (on 28 July 2011 11:22 AM)
© 2005 Elsevier
Figure 10.9 Comparison of non-saturating and saturating kinetics for drugs given orally every 12 h. [A] The curves showing an imaginary drug, similar to the antiepileptic drug phenytoin at the lowest dose, but with linear kinetics.
The steady-state plasma concentration is reached within a few days, and is directly proportional to dose. [B] Curves for saturating kinetics calculated from the known pharmacokinetic parameters of phenytoin (see Ch. 44). Note that no steady state is reached with higher doses of phenytoin, and that a small increment in dose results
after a time in a disproportionately large effect on plasma concentration. (Curves were calculated with the Sympak pharmacokinetic modelling program written by Dr J G Blackman, University of Otago.)
Downloaded from: StudentConsult (on 28 July 2011 11:22 AM) © 2005 Elsevier
Farmakokinetika etanola • Absorpcija: dobra, predvsem iz tankega črevesja, max. 30 min
po zaužitju (prazen želodec)
• Distribucija: v telesne tekočine (0,5 –0,7 L/g) (odvisna od hitrosti pitja, vnosa hrane, spola, telesne mase, količine vode v telesu…)
• Metabolizem: individualno pogojen, intenziven metabolizem prvega prehoda (odvisen od spola – aktivnost ADH v želodcu). Aspirin inhibira ADH v želodcu.
• Upadanje koncentracije v plazmi – kinetika 0. reda
• Izločanje: 2-10% nespremenjen z urinom, izdihanim zrakom (2000:1), znojem